(57)【要約】【課題】  潤滑条件にかかわらず長寿命を確保した転がり軸受を提供する。【解決手段】  スラストニードル軸受１０は、軸軌道盤（内輪）１１と、ハウジング軌道盤（外輪）１２と、軸軌道盤１１の内輪軌道１１ａおよびハウジング軌道盤１２の外輪軌道１２ａとの間に周方向に転動自在に配設された複数の転動体であるころ１３とを備え、ころ１３の転動面、内輪軌道１１ａおよび外輪軌道１２ａの軌道面に窒化層を有し、当該窒化層の窒素濃度を０.１％以上０.３％以下とされている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪軌道を設けられた外輪と、内輪軌道を設けられた内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受であって、
前記外輪軌道および前記内輪軌道の軌道面と、前記転動体の転動面と、の少なくとも一方が窒化層を有し、
前記窒化層の窒素濃度が０．１％以上であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記窒化層の窒素濃度が０.３％以下であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
ハウジング内に嵌挿された駆動軸の回転に応じて吸気・圧縮・吐出するコンプレッサの前記駆動軸を回転自在に支持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコン、カーエアコン、給湯器用コンプレッサ等に好適に用いられる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアコン、カーエアコンあるいは給湯器には、各種のコンプレッサが用いられている。ここで、コンプレッサの一形式として、容量可変式のカーエアコン用コンプレッサを例に、その構造を以下に説明する。
【０００３】
図１に示すように、容量可変式のカーエアコン用コンプレッサは、ハウジング１に対して駆動軸２を回転自在に嵌挿し、駆動軸２に対して斜板３を傾斜角度可変に連結し、斜板３に対しウォブル板４を摺動自在に取り付けてある。斜板３とウォブル板４との間には、スラスト軸受５が配設されている。ウォブル板４には、複数のピストンロッド６の一端が円周方向に等間隔に取り付けてあり、ピストンロッド６の他端はピストン７に連結している。ピストン７は、ハウジング１内に設けられたシリンダ１ａの内部で摺動するように設けられ、シリンダ１ａのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。つまり、斜板３が回転すると、ウォブル板４が、所謂みそすり的動作をし、ピストンロッド６を介してピストン７を軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２９４０３４号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コンプレッサの動作時には、駆動軸２は斜板３を介してスラスト方向の力を受けるので、かかる駆動軸２をハウジング１に対してスラスト方向に支持するスラスト軸受が必要となる。かかるスラスト軸受は、駆動軸２に連結されベルトから回転量を受けるプーリユニット側に配置されており、しかるに、ミスト状になって供給される潤滑油の供給元から遠い位置にあり、それ故、転動体の転動面と内外輪の軌道面との間の油膜形成が困難となる虞があった。
【０００５】
そして、コンプレッサに特有の現象として、冷媒を封入する際に（冷媒の）循環系内の大気を排気するために系内の酸素濃度が低下することが挙げられる。転がり軸受において、油膜形成が不十分となると転動体の転動面、内外輪の軌道面、などの接触部は油膜破断によって金属接触することとなる。このとき、循環系内の酸素濃度が十分な場合には、転動面あるいは軌道面の表面に酸化膜が形成されて、それ以上の金属接触を防止して凝着摩耗を抑制する自己修復が作用するが、酸素濃度が低い場合には、表面酸化が起こりにくいため、転動面および軌道面が一度接触を起こすとそれ以降は常に金属同士の接触を繰り返すこととなり、凝着摩耗が止まることなく進行する虞があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、潤滑条件にかかわらず長寿命を確保することが可能な転がり軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受は、下記の（１）〜（３）を特徴としている。
【０００８】
（１）外輪軌道を設けられた外輪と、内輪軌道を設けられた内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受であって、
前記外輪軌道および前記内輪軌道の軌道面と、前記転動体の転動面と、の少なくとも一方が窒化層を有し、
前記窒化層の窒素濃度が０．１％以上であること。
【０００９】
（２）上記（１）記載の転がり軸受であって、
前記窒化層の窒素濃度が０.３％以下であること。
【００１０】
（３）上記（１）または（２）記載の転がり軸受であって、
ハウジング内に嵌挿された駆動軸の回転に応じて吸気・圧縮・吐出するコンプレッサの前記駆動軸を回転自在に支持すること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の軸受によれば、外輪軌道および内輪軌道の軌道面と転動体の転動面との少なくとも一方に窒化層を設け、当該窒化層の窒素濃度を０．１％以上としているため、早期摩耗を抑制することができ、潤滑条件にかかわらず転がり軸受の長寿命を確保することができる。また、表面窒素濃度を０.３％以下としたので、凝固過程でのブローホールの発生などの不具合も解消することができる。
【００１２】
また、大きなスラスト力が加わるコンプレッサの駆動軸の軸受として用いることにより、極めて長寿命かつ信頼性の高いコンプレッサとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態であるスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサの断面図、図２はスラストニードル軸受の拡大断面図、図３は図１に示すスラストニードル軸受の変形例を示す深溝玉軸受の拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、カーエアコン用コンプレッサである容量可変式のコンプレッサは、ハウジング１に対して駆動軸２を回転自在に嵌挿し、この駆動軸２に対して斜板３を傾斜角度可変に連結し、この斜板３に対しウォブル板４を摺動自在に取り付けてある。
【００１５】
斜板３とウォブル板４との間には、スラスト軸受５が配設されている。ウォブル板４には、複数のピストンロッド６の一端が円周方向等間隔に取り付けてあり、このピストンロッド６の他端はピストン７に連結している。このピストン７は、ハウジング１内に設けられたシリンダ１ａの内部で摺動するように設けられ、このシリンダ１ａのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。
【００１６】
駆動軸２の右端は、クラッチ機構ＣＭを介してプーリ８に連結されており、駆動軸２のプーリ８側外周には、一体的に回転するようにスラスト板９が圧入されている。そして、スラスト板９とハウジング１との間にはスラストニードル軸受１０が配置されている。
【００１７】
図２に示すように、スラストニードル軸受１０は、スラスト板９に取り付けられるフランジ付きの軸軌道盤（即ち、内輪）１１と、ハウジング１に取り付けられるハウジング軌道盤（即ち、外輪）１２とを有しており、軸軌道盤１１とハウジング軌道盤１２との互いに対向する側面には、内輪軌道１１ａ，外輪軌道１２ａが設けられている。内輪軌道１１ａと外輪軌道１２ａとの間には、複数の転動体であるころ１３が周方向に転動自在に配設されており、複数のころ１３は、保持器１４により周方向に等間隔に保持されている。ころ１３の転動面と、内輪軌道１１ａおよび外輪軌道１２ａの軌道面と、の表面にはそれぞれ窒素濃度を０．１％以上且つ０．３％以下とされた窒化層が設けられている。
【００１８】
そして、このコンプレッサでは、循環系内が真空排気された後、冷媒ガスおよび潤滑油が封止される。
【００１９】
次に、本実施形態におけるカーエアコン用コンプレッサの動作について説明する。
【００２０】
図１に示すように、カーエアコン用コンプレッサは、クラッチ機構ＣＭがオンとなると、その動作を開始する。かかる場合、不図示のベルトによりプーリ８が駆動されると、駆動軸２が回転駆動され、それにより斜板３が回転する。すると、ウォブル板４が、所謂みそすり的動作をし、ピストンロッド６を介してピストン７を軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出する。
【００２１】
冷媒ガスを圧縮する際の反力が駆動軸２にスラスト力として伝達され、スラストニードル軸受１０は、スラスト板９とハウジング１との間で、かかるスラスト力を支持する。なお、ピストン７の動作に伴って発生する冷媒ブローバイガスが図１に示す矢印方向に循環し、冷媒ブローバイガスに含まれたミスト状の潤滑油により、各可動部の潤滑が行われる。
【００２２】
ここで、スラストニードル軸受１０は、ピストン７から離れた位置に配置されているため前記ミスト状の潤滑油が到達しにくく、他の可動部と比較して潤滑条件は厳しいものとなっている。さらに、冷媒ガスおよび潤滑油が封止される際に循環系内の大気が排気されており、酸素濃度が低下しているために表面酸化が発生しにくく、従って、通常の焼き入れ焼き戻しを行うのみのころおよび軌道盤では、金属接触を繰り返しながら凝着摩耗が進行し早期に軸受寿命に達する傾向がある。しかしながら、上記のスラストニードル軸受１０では、両軌道盤１１，１２およびころ１３の表面に窒素を導入し、特に、面圧が高くなる領域Ｒ（図２においてダブルハッチングで示す）、即ち、両軌道盤１１，１２およびころ１３の互いの接触面である内輪軌道１１ａの軌道面、外輪軌道１２ａの軌道面、およびころ１３の転動面に設けられた窒化層の窒素濃度を０.１％以上且つ０．３％以下としているため、凝着摩耗を抑制することが可能となり、軸受寿命を延長することができる。
【００２３】
上述した実施形態に係るスラストニードル軸受１０によれば、両軌道盤１１、１２およびころ１３の表面に窒素を導入し、特に、互いの接触面である内輪軌道１１ａ、外輪軌道１２ａ、およびころ１３の転動面に設けられた窒化層の窒素濃度を０.１％以上としているため、早期摩耗を抑制することができ、潤滑条件にかかわらず長寿命を確保することができる。また、窒素濃度を０.３％以下としたので、凝固過程でのブローホールの発生などの不具合も解消することができる。
【００２４】
そして、上記のように、特に大きなスラスト力が加わるコンプレッサの駆動軸２の軸受として用いることにより、極めて長寿命かつ信頼性の高いコンプレッサとすることができる。
【００２５】
尚、上記実施形態では、内輪軌道１１ａの軌道面、外輪軌道１２ａの軌道面、およびころ１３の転動面の両方に窒化層を設け、当該窒化層の窒素濃度を０.１％以上０.３％以下としたが、いずれか一方でも早期摩耗の抑制効果を得ることができる。
【００２６】
図３を参照して、本発明に係る第２実施形態である深溝玉軸受を説明する。
【００２７】
図３に示す深溝玉軸受１１０は、図１に示すカーエアコン用コンプレッサに用いることができ、駆動軸２の左に組み込まれているスラスト軸受として使用することができる。
【００２８】
図３において、深溝玉軸受１１０は、駆動軸２に取り付けられる内輪１１１と、ハウジング１に取り付けられる外輪１１２と、内輪１１１の内輪軌道１１１ａと外輪１１２の外輪軌道１１２ａとの間に転動自在に配置された複数の転動体である玉１１３と、玉１１３を周方向に等間隔に保持する保持器１１４とからなる。保持器１１４は、２枚の鋼板を折り曲げて組み合わせて形成されているが、その他樹脂で形成しても作用は同じである。
【００２９】
本実施の形態に係る深溝軸受１１０においても、玉１１３、内輪１１１および外輪１１２の表面に窒素を導入し、特に、面圧が高いとされている互いの接触面である領域Ｒ（図２においてダブルハッチングで示す）、即ち、内外輪１１１，１１２および玉１１３の互いの接触面である内輪軌道１１１ａの軌道面、外輪軌道１１２ａの軌道面、および玉１１３の転動面に設けられた窒化層の窒素濃度を０.１％以上且つ０．３％以下としているため、凝固過程でのブローホールの不具合なく早期摩耗を抑制することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることは勿論である。即ち、カーエアコン用コンプレッサは一例であり、本実施形態の軸受は、例えば、それ以外の産業用、家庭用を問わず冷媒を圧縮するコンプレッサなどの各種コンプレッサに用いることができる。特に、自然冷媒コンプレッサの場合、冷媒中の酸素分圧が低いため、より顕著な効果を得ることができる。また、使用する転がり軸受の形式についても、上記実施形態の転がり軸受に限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
転動体およびレースの表面窒素濃度を異ならせた各種の軸受について、次の試験条件によって摩耗試験を行った。以下、摩耗試験について説明する。
【００３２】
（試験条件）
(１)供試軸受サイズ（内径×外径×高さ）：４０×６０×５（ｍｍ）
(２)アキシャル荷重（スラスト力）：１,５００Ｎ
(３)回転数：３,０００ｒｐｍ
(４)保持器形式：上記実施形態における図２に示すタイプ
(５)供試時間：５００ｈ
(６)雰囲気：ＨＣＦＣ１３４ａ（ＰＡＧ含有）
【００３３】
上記の試験条件にしたがって表面窒素濃度を異ならせた転動体および軌道盤を含むスラストニードル軸受を供試した結果を表１に示す。
尚、転動体および軌道盤は、軸受鋼（ＳＵＪ２）で形成し、浸炭窒化処理に続いて焼き入れ（８２０〜８３０℃で０.５〜１時間）および焼き戻し（１６０〜２００℃で１〜２時間）を施し、表面窒素濃度は、公知の浸炭窒化の条件を変更することにより異ならせた。
また、表面窒素濃度は、試料断面の電子線マイクロアナライザによる定量分析により測定した。摩耗量評価は、試験前後の組立高さｈ（図２参照）を測定し、その変化量を評価した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示す試験結果によれば、両軌道盤の軌道面と、転動体の転動面と、の少なくとも一方の窒化層の窒素濃度を０.１％以上とすることにより、窒素濃度を０．１％未満とした場合と比較して、磨耗量が１／１０〜１／１５に減少していることがわかる。従って、本発明の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る一実施形態であるスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサの断面図である。
【図２】図１におけるスラストニードル軸受の断面図である。
【図３】図１におけるスラストニードル軸受の変形例を示す深溝玉軸受の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        ハウジング
２        駆動軸
１０      スラストニードル軸受（転がり軸受）
１１      軸軌道盤（内輪）
１１ａ    内輪軌道
１２      ハウジング軌道盤（外輪）
１２ａ    外輪軌道
１３      ころ（転動体）
１１０    深溝玉軸受（転がり軸受）
１１１    内輪
１１１ａ  内輪軌道
１１２    外輪
１１２ａ  外輪軌道
１１３    玉（転動体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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